再生可能エネルギーの間欠性が電力の流れを複雑化し、人工知能ブームが需要を前例のない水準へと押し上げる中、世界中のエネルギー網は高まる圧力に直面している。電力の変動する流入・流出を調整しながら、急増するデータセンターハイパースケーラーの需要を満たすには、これまでにない規模での電力網の拡張と強化が必要とされる。

米国エネルギー省は電力網近代化の重要性を強調し、最先端の技術、設備、制御システムを用いて連携・通信しながら「よりスマート」で耐障害性の高い電力網を構築することで、「停電の頻度と持続時間を大幅に削減し、嵐の影響を軽減し、停電発生時により迅速にサービスを復旧できる」と述べている。同省はまた、電力事業者も安全性の向上、ピーク負荷の削減、再生可能エネルギーの統合拡大、運用コストの削減など、近代化の恩恵を受けると指摘している。

電力網を「より懸命に」ではなく「より賢く」機能させることが目標であり、中国はその答えが量子力学にあると考えている。利害は極めて大きい。中国は設備容量で世界最大の電力網を運営しており、主に国家電網公司が管理し、国土の大部分にわたる10億人以上の人々に電力を供給している。研究チームは安徽省合肥の変電所で実証プロジェクトを実施し、量子技術が電力網の耐障害性と信頼性をいかに強化できるかを検証している。合肥は中国科学技術大学や国立法人情報量子ラボを含む研究機関が集積する、中国の量子研究の主要拠点として台頭している。Interesting Engineeringの報道によれば、研究者らは「故障の検知、測定の改善、電力網運用のモデル化のために、量子センサー、安全通信、コンピューティングを使用している」。

2024年の建設以来、同変電所は一連の量子技術の試験拠点として機能しており、電力網内の欠陥や問題を検知する量子センサーの18か月間の試験も含まれている。これらの量子技術を活用したセンサーは、変電所の開閉器室内の微弱な電気信号やわずかな温度・湿度の変動を検知することができ、設備を保護するとともに、停電を発生前に特定・防止する可能性を秘めている。

中国はこの研究を通じて、従来の電力網における長年の脆弱性、すなわち「設備監視の遅延、測定誤差、データセキュリティリスク、複雑な電力システムの解析に関わる計算負荷」の解決を目指している。研究者らは、この技術が最終的に「変電所における電力測定誤差を年間50万キロワット時以上削減できる」と主張している。

「この運用により、量子技術は単なる『飾り』ではなく、電力供給を保証し発展を促進するための『確かな支え』であることが証明された」と、安徽電力会社の研究員であるTian TengはInteresting Engineeringの取材で語った。

世界中の科学者が、量子技術がエネルギー分野の重大な課題をいかに解決できるかを研究している。昨年、量子力学における画期的な研究に対してノーベル物理学賞が授与され、この技術の重要性が一層高まっていることが示された。

ニューヨーク・タイムズは今週、2025年のノーベル物理学賞に関する報道の中で、「産業界と学術界の双方において、奇妙で強力な技術である量子コンピューティングの可能性を実現するための競争が進んでいる」と書いた。同紙はこの分野を取り巻く期待と懸念の双方に言及し、「真の量子コンピューターは、創薬やその他の科学研究の進展を加速させる可能性がある。同時に、国家安全保障に不可欠なコンピューターを保護する暗号を解読する可能性もある」と指摘した。

量子技術はすでに、複数の分野においてクリーンエネルギー研究に貢献している。東京科学大学（Institute of Science Tokyo）では、科学者チームが量子状態を用いて、電子機器や産業機械から発生する熱として失われるエネルギーを回収できる画期的なエネルギーハーベスターを設計した。米国では、MITの研究者らが、エネルギー損失をゼロにする電子のいわゆる「エッジ状態」を観察する方法を発見したと最近発表し、これは技術分野に大きな破壊的潜在力を持つ発見である。また、量子バッテリーの進展は、光源から直接エネルギーを収穫し、従来のリチウムイオン電池よりはるかに高速で充電できる可能性を示している。

これらの応用は世界のエネルギー分野に多大な可能性をもたらすが、電力網の近代化ほど急務となっているものは少ない。世界的な規模で複雑なエネルギー安全保障の課題が立ち現れる時代において、よりスマートで信頼性の高いエネルギー網の構築は国際的な優先課題となっている。